CN111312439A - 一种电能传输铝件及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电能传输铝件，包括铝制导电装置和铝线缆，所述铝线缆包括铝导芯和包覆在铝导芯表面的绝缘层，铝线缆剥除绝缘层的一段裸露的铝导芯和至少部分带有绝缘层的铝导芯压接在铝制导电装置内；铝制导电装置内部在绝缘层与裸露的铝导芯的衔接处设置有轴向截面为梯形的过渡段，以过渡段为分界点，铝制导电装置与绝缘层压接的一端的内径大于铝制导电装置与铝导芯压接一端的内径，铝制导电装置的外周至少设置有一个凹状结构。本发明还公开了一种电能传输铝件的加工工艺。本发明在铝制导电装置表面设置凹状结构能够有效防止铝制导电装置相对夹具运动，解决焊接时铝制导电装置在夹具中发生位移或旋转的问题，提高焊接的效率和成品率。

Description

一种电能传输铝件及其加工工艺
技术领域
本发明涉及导电金属连接件技术领域，尤其涉及一种电能传输铝件，以及通过获得这种电能传输铝件的加工工艺。
背景技术
随着线束轻量化的需求日益增加，铝线缆在线束中的应用也越来越多，并且，为了能与不同的使用环境相匹配，线束中的铝线缆一般采用多芯铝导芯，这样能够使铝线缆更加柔软，能够适应不同的使用安装环境。为了实现铝线缆和匹配的用电装置更好的进行电气连接，在铝线缆的多芯铝导芯和同种金属或者异种金属连接之前，铝线缆的多芯铝导芯一般会使用铝制导电装置压接成硬态结构，方便与同种金属或者异种金属进行连接。
如图3-1和图3-2所示。现有的铝制导电装置1的设计，是依照剥除绝缘层3露出多芯铝导芯2的形状，设计铝制导电装置1的内部形状。为了和绝缘层的台阶尺寸匹配，铝制导电装置内部一般也被设计成为阶梯形状。并且，由于加工铝制导电装置的原材料一般为管状或筒状，因此铝制导电装置外表面一般为与原材料一样是光滑的。
但是，这种外表光滑的铝制导电装置，在与同种金属或者异种金属焊接时也存在一些缺陷，由于铝制导电装置表面光滑，在焊接过程中，套有铝制导电装置的铝线缆会在焊接设备的夹具中旋转或者发生位移，不仅增加了焊接的难度，还可能会导致铝线缆在旋转或位移过程中被损坏，丧失了线束的使用功能。
另外，这种内部为阶梯状的铝制导电装置，内阶梯面与所述线缆绝缘层的端面相匹配，在所述铝制导电装置与铝线缆压接成硬态结构的过程中，所述绝缘层因为受挤压变形延展，导致部分绝缘层被压入铝制导电装置与多芯铝导芯之中，使得多芯铝导芯电阻增大，在通电后电能传输铝件发热量增大，甚至铝线缆的绝缘层出现燃烧事故。
除了上述问题外，现有技术中没有公开研究铝制导电装置加压的参数和压接后的状态等对电能传输铝件性能的影响。
因此，在导电金属连接件技术领域，急需一种能够解决上述问题的电能传输铝件，以及获得这种电能传输铝件的加工工艺，能够提高电能传输铝件的焊接质量，延长电能传输铝件的使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种电能传输铝件，通过对铝制导电装置的结构做出改进，解决焊接过程中铝制导电装置在夹具中发生位移或旋转的问题，提高电能传输铝件焊接的效率和成品率。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种电能传输铝件，包括铝制导电装置和铝线缆，所述铝线缆包括铝导芯和包覆在铝导芯表面的绝缘层，所述铝线缆剥除绝缘层的一段裸露的铝导芯和至少部分带有绝缘层的铝导芯压接在所述铝制导电装置内；所述铝制导电装置内部在绝缘层与裸露的铝导芯的衔接处设置有轴向截面为梯形的过渡段，以所述过渡段为分界点，所述铝制导电装置与绝缘层压接的一端的内径大于铝制导电装置与铝导芯压接一端的内径，所述铝制导电装置的外周至少设置有一个凹状结构。
作为进一步优选的方案，本发明所述的凹状结构的深度为铝制导电装置壁厚的0.5％-80％。
作为进一步优选的方案，本发明所述的铝制导电装置材质为铝或铝合金。
作为进一步优选的方案，本发明所述的电能传输铝件的横截面为圆形或椭圆形或多边形。
作为进一步优选的方案，本发明所述的电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角不超过15°。
作为进一步优选的方案，本发明所述的电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角不超过5°。
作为进一步优选的方案，本发明所述的铝导芯的压缩率为35％-97％之间。
作为进一步优选的方案，本发明所述的绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶。
本发明还提供了一种电能传输铝件的加工工艺，包括
预装步骤：将剥除绝缘层的铝导芯和部分带有绝缘层的铝导芯套入铝制导电装置内，使用压缩装置将所述剥除绝缘层的铝导芯和部分带有绝缘层的铝导芯一起压紧在所述铝制导电装置内，获得电能传输铝件半成品。
凹状结构制作步骤：将所述电能传输铝件半成品安装在焊接设备的夹具中，并由所述夹具上的凸状模具在铝制导电装置表面挤压出凹状结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的电能传输铝件与一般研究和现有技术不同，一般研究认为增加所述电能传输铝件的导体截面积，可以减少导体电阻，降低所述电能传输铝件导电发热量，因此不会在所述电能传输铝件上设置减少导体截面积的结构。本发明不是在增加所述电能传输铝件的导体截面积，在所述电能传输铝件上设置了凹槽或凹孔等凹状结构，减小了电能传输铝件的截面积，反而不会降低所述电能传输铝件的导通电流，依然可以有效避免产生所述电能传输铝件导电发热的情况。减小了电能传输铝件的导体截面积，同时，凹槽或凹孔等凹状结构，增大了电能传输铝件表面积，增加了电能传输铝件的散热量，反而增加了电能传输铝件的单位载流量，提高了电能传输铝件的导电性能。
2、本发明所述的电能传输铝件对铝制导电装置表面的结构进行改进，通过在所述电能传输铝件上设置了凹槽或凹孔等凹状结构能够有效防止铝制导电装置相对夹具运动，解决焊接过程中铝制导电装置在夹具中发生位移或旋转的问题，提高焊接的效率、成品率及合格率。
3、本发明所述的电能传输铝件通过在铝制导电装置中设置梯形的过渡段，可以容纳绝缘层挤压延展的部分，避免绝缘层压入铝导体引起电阻增高，通电后导线过热的状态，从而减少更严重的安全事故。
4、本发明与现有技术相比，对所述的电能传输铝件的凹状结构的深度进行规定，确保了电能传输铝件不会因为凹状结构过浅或过深，导致电能传输铝件的力学性能和电学性能不满足使用要求，保证电能传输铝件的性能最优。
5、本发明所述的电能传输铝件的采用不同形状的横截面，满足多种多样的实用环境，显著增加了所述电能传输铝件的应用范围。
6、本发明对所述电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角进行了规定，避免了因为电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角过大，与实用环境相干涉导致的电能传输铝件失效，增加了所述电能传输铝件的使用场景。同时，增加了所述电能传输铝件进一步制作同种或异种金属复合接头的稳定性，提高了所述电能传输铝件的力学性能和电学性能。
7、本发明规定了所述的铝导芯的压缩率，减少了因为铝导芯未完全压缩或压缩过大引起电能传输铝件的力学性能和电学性能不满足要求。
8、本发明所述的绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶，一是能够增加绝缘层压接处的密封性，提高防水性能，二是能在铝线弯折或弯曲时，增加绝缘层的固定力，防止绝缘层从绝缘层压接处脱离。
9、本发明所述的电能传输铝件通过在铝制导电装置上设置凹状结构，增大了电能传输铝件的表面积，当电能传输铝件导电发热时，能够更有效的进行散热，即有效的延长电能传输铝件的使用寿命，也能在满足导通电流的前提下，尽可能减小铝导芯的截面积，降低使用所述电能传输铝件的线束的成本。
附图说明
图1为本发明所述的电能传输铝件的结构示意图；
图2为本发明所述的径向剖面图；
图3-1为背景技术中一般电能传输铝件加工前的结构示意图；
图3-2为背景技术中一般电能传输铝件的结构示意图；
其中，各附图标记为：1、铝制导电装置，2、铝导芯，3、绝缘层，4、过渡段，5、凹槽；6、盲孔。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
实施例1
如图1所示，一种电能传输铝件，包括铝制导电装置1和铝线缆，所述铝线缆包括铝导芯2和包覆在铝导芯2表面的绝缘层3，所述铝线缆剥除绝缘层的一段裸露的铝导芯2和至少部分带有绝缘层3的铝导芯2压接在所述铝制导电装置1内；所述铝制导电装置1内部在绝缘层与裸露的铝导芯的衔接处设置有轴向截面为梯形的过渡段4，以所述过渡段4为分界点，所述铝制导电装置1与绝缘层3压接的一端的内径大于铝制导电装置1与铝导芯2压接一端的内径，所述铝制导电装置1的外周至少设置有一个凹状结构。由于在焊接过程中，电能传输铝件表面与焊接设备的夹具装配，在焊接过程中会发生旋转或移动，从而影响焊接的效率和焊接性能，因此在本发明中设置凹状结构能够有效防止电能传输铝件相对夹具运动，而且所述的电能传输铝件通过在铝制导电装置上设置凹状结构，增大了电能传输铝件的表面积，当电能传输铝件导电发热时，能够更有效的进行散热，即有效的延长电能传输铝件的使用寿命，也能在满足导通电流的前提下，尽可能减小铝导芯的截面积，降低使用所述电能传输铝件的线束的成本。在该方案中，铝制导电装置内部设置梯形的过渡段，可以容纳绝缘层挤压延展的部分，避免绝缘层压入铝导体引起的铝线缆过热。
作为进一步优选的方案，所述铝制导电装置可以采用但不限于铝套筒或者铝套管等中空结构的导电铝件。
作为进一步优选的方案，在实施例1的基础上，本发明所述的凹状结构可以采用但不限于凹槽5或/和盲孔6结构。
凹状结构的深度对夹具与电能传输铝件装配的牢固性有影响，经过实验发现，在上述实施例的基础上，作为进一步优选的方案，所述的凹状结构的深度为铝制导电装置厚度的0.5％-80％时候，夹具与电能传输铝件装配的牢固性最高。
作为进一步优选的方案，所述铝制导电装置材质为铝或铝合金。在导电金属连接件技术领域，纯铝的电阻率小，导电率高，是作为铝制导电装置的材质之一，但纯铝的硬度较小，因此铝制导电装置材质也可以为铝含量较高的铝合金。
作为进一步优选的方案，本发明所述电能传输铝件的横截面可以为扁平状、波浪形、异形等非规则形状，也可以为圆形或椭圆或多边形等规则形状。但是考虑电能传输铝件加工难易和电能传输铝件的成本，本发明中优选的方案，所述电能传输铝件的横截面为圆形或椭圆或多边形等规则形状，因为规则形状的横截面在焊接时与铜制端子产生的焊接能量分布均匀，形成结合稳固的焊缝。
作为进一步优选的方案，本发明所述的电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角不超过15°。在焊接之前，所述电能传输铝件前端需要使用切刀将前端部分切除形成光面，此端面与所述电能传输铝件轴线垂直面的夹角不超过15°。当此夹角大于15°时，所述电能传输铝件在制作同种或异种金属复合接头时，所述电能传输铝件端面凸起一边会先接触对焊端，在所述端面凸起一边焊接变形后，所述电能传输铝件端面低的一边才会接触对焊端，使得焊接能量不均匀，导致所述电能传输铝件前端融化不均匀，影响所述复合接头性能的稳定性。在本发明中，作为进一步优选的方案，所述电能传输铝件前端面与轴线垂直面的夹角不超过5°。
作为进一步优选的方案，本发明所述的铝导芯的压缩率为35％-97％之间。压缩率是压缩后的铝导芯与压缩前的铝导芯截面积的比值。在本发明中，经过研究发现：铝导芯部分压缩率过小，则铝导芯压缩变形量过大，一是降低了铝导芯的截面积，减小电流的导通率，使这部分铝导芯电阻增高，发热量增大，可能会存在安全隐患；二是铝导芯压缩后的直径小，所述电能传输铝件在制作同种或异种金属复合接头时，所述电能传输铝件承受的压力也会相应减少，焊接后的焊缝结合不紧密，降低了所述复合接头的力学性能和电学性能。因此，作为进一步优选的方案，本发明所述的铝导芯的压缩率为35％-97％之间。
作为进一步优选的方案，本发明所述的绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶。铝制导电装置压接绝缘层，在后续装配使用中，铝线受到弯折或弯曲，绝缘层会从绝缘层压接处脱离，造成铝导芯无绝缘保护，设置密封胶圈和密封胶，一是能够增加绝缘层压接处的密封性，提高防水性能，二是能在铝线弯折或弯曲时，增加绝缘层的固定力，防止绝缘层从绝缘层压接处脱离。
本发明还提供了一种电能传输铝件的加工工艺，包括
预装步骤：将剥除绝缘层的铝导芯和部分带有绝缘层的铝导芯套入铝制导电装置内，使用压缩装置将所述剥除绝缘层的铝导芯和部分带有绝缘层的铝导芯一起压紧在所述铝制导电装置内，获得电能传输铝件半成品。
凹状结构制作步骤：将所述电能传输铝件半成品安装在焊接设备的夹具中，并由所述夹具上的凸状模具在铝制导电装置表面挤压出凹状结构。
实施例2
按照实施例1所述的方法加工所述电能传输铝件，发明人为了验证凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例对电能传输铝件的拉拔力和电压降的影响，考察了不同凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例制作的电能传输铝件的拉拔力和电压降。
在该实施例中，电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角为0°，铝导芯的压缩率为60％，结果参见表1。
表1：凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例对电能传输铝件性能的影响结果
Figure BDA0002435170700000081
根据表1的可知，在该实施例中，发明人对凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例为0.2％-95％范围的电能传输铝件的拉拔力和电压降进行测试，结果显示，当凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例小于0.5％时，由于电能传输铝件上的凹状结构较浅，夹具无法固定电能传输铝件，导致在焊接时电能传输铝件在夹具中脱落。当凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例大于80％时，由于电能传输铝件上的凹状结构较深，机械强度降低，电能传输铝件的拉拔力值小于200N，电压降值大于0.5mV，已不满足所述电能传输铝件的力学性能和电学性能的合格标准。而且在焊接过程中受力较大时，电能传输铝件会发生断裂，无法实现电能传输铝件的功能。
实施例3
按照实施例1所述的方法制作电能传输铝件，发明人为了论证电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角对电能传输铝件的拉拔力和电压降的影响，考察了不同电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角的电能传输铝件的拉拔力和电压降。
在该实施例中，凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例为50％，铝导芯的压缩率为60％，结果参见表2。
表2：电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角对电能传输铝件性能的影响
Figure BDA0002435170700000082
Figure BDA0002435170700000091
在该实施例中，对电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角为0°-17°范围内的电能传输铝件的拉拔力和电压降进行测试。表2的结果显示，当电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角大于5°时，电能传输铝件的拉拔力值呈现下降趋势，电能传输铝件的力学性能随之下降。电能传输铝件的电压降值出现上升趋势，电能传输铝件的电学性能下降。当电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角大于15°时，电能传输铝件的拉拔力值和电压降值已经不满足电能传输铝件的力学性能和电学性能要求。因此电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角越小，电能传输铝件的电压降和拉拔力的值均越理想。
实施例4
按照实施例1所述的方法加工电能传输铝件，发明人为了论证铝导芯压缩率对电能传输铝件的拉拔力和电压降的影响，考察了不同铝导芯压缩率的电能传输铝件的拉拔力和电压降。
在该实施例中，凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例为50％，电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角为0°，结果参见表3。
表3：铝导芯的压缩率对电能传输铝件性能的影响
Figure BDA0002435170700000092
在该实施例中，对铝导芯压缩率为10％-100％的电能传输铝件的拉拔力和电压降进行测试。表3的结果显示，当铝导芯压缩率小于35％和大于97％时，电能传输铝件的拉拔力值呈现下降趋势，拉拔力低于200N，电能传输铝件的力学性能也随之下降；而电能传输铝件的电压降值开始上升，影响了电能传输铝件的电学性能。铝导芯的压缩率为35％-97％时，电能传输铝件的电压降和拉拔力值均在比较理想的范围值内。
实施例5
制作实施例1所述的电能传输铝件，发明人为了论证所述绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶对电能传输铝件的极限压力和脱离时弯折次数的影响，考察了所述绝缘层与铝制导电装置的压接处不设置密封圈或密封胶、只设置密封圈和只设置密封胶的电能传输铝件的极限压力和脱离时弯折次数。
在该实施例中，凹状结构的深度占铝制导电装置壁厚的比例为50％，电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角为0°，结果参见表4。
表4：设置密封圈或密封胶对电能传输铝件性能的影响
Figure BDA0002435170700000101
上表中的实验说明：
1、极限压力：将所述电能传输铝件放置在水中，并向所述电能传输铝件的铝线缆中充气压，直到所述电能传输铝件在水中冒泡，记录当时气压值。
2、脱离时弯折次数：将所述电能传输铝件固定，在距离所述电能传输铝件相同距离的铝线缆位置进行90°反复弯折，直到绝缘层从铝制导电装置的压接处脱离，记录当时次数。
从上表的实验结果看，在所述绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶，实验的极限压力和脱离时弯折次数，都明显好于没有设置密封圈或密封胶的电能传输铝件，因此，发明人优选在所述绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶。
实施例6
发明人为了论证本发明的电能传输铝件与其他设计方法的电能传输铝件的差异，按照实施例1所述的方法制作电能传输铝件，并制备了背景技术中提到的一般常用的外表光滑，内部阶梯状的铝制导电装置制成的电能传输铝件。考察对比了本发明的电能传输铝件与背景技术中的电能传输铝件的拉拔力值和电压降值，以及1000小时盐雾实验、200小时持续电流实验和6000小时老化实验后的拉拔力值和电压降值。结果参见表5-1,表5-2。
表5-1：背景技术中的电能传输铝件和本发明的电能传输铝件的拉拔力和电压降的影响(实验前与1000小时盐雾实验后)
Figure BDA0002435170700000111
表5-2：背景技术中的电能传输铝件和本发明的电能传输铝件的拉拔力和电压降的影响(200小时持续电流与6000小时老化实验后)
Figure BDA0002435170700000112
Figure BDA0002435170700000121
从上述表5-1和表5-2的结果可以看出：本发明的电能传输铝件，初始的拉拔力数值就显著高于背景技术中的电能传输铝件的初始的拉拔力数值，并且初始的电压降数值也显著低于背景技术中的电能传输铝件的初始的电压降数值。在经过分别经过1000小时盐雾试验、200小时的高低温实验和6000小时的老化实验之后，本发明的电能传输铝件拉拔力数值仍然显著高于背景技术中的电能传输铝件的初始拉拔力数值。而背景技术中的电能传输铝件，实验后的拉拔力数值明显较低，力学性能不稳定，有可能造成电能传输铝件功能失效，从而导致铝线缆短路，轻则功能失效，重则导致燃烧事故。本发明的电能传输铝件，实验后的电压降数值与背景技术中的电能传输铝件的初始电压降数值基本相同。而背景技术中的电能传输铝件，实验后的电压降数值也显著降低，电学性能不稳定，电能传输铝件接触电阻升高，导电时会引起电能传输铝件发热发红，严重时会因温度过高而燃烧，造成严重的事故。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种电能传输铝件，包括铝制导电装置和铝线缆，所述铝线缆包括铝导芯和包覆在铝导芯表面的绝缘层，其特征在于，所述铝线缆剥除绝缘层的一段裸露的铝导芯和至少部分带有绝缘层的铝导芯压接在所述铝制导电装置内；所述铝制导电装置内部在绝缘层与裸露的铝导芯的衔接处设置有轴向截面为梯形的过渡段，以所述过渡段为分界点，所述铝制导电装置与绝缘层压接的一端的内径大于铝制导电装置与铝导芯压接一端的内径；所述铝制导电装置的外周至少设置有一个凹状结构。
2.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述凹状结构的深度为铝制导电装置壁厚的0.5％-80％。
3.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述铝制导电装置材质为铝或铝合金。
4.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述电能传输铝件的横截面为圆形或椭圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角不超过15°。
6.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述电能传输铝件的前端面与轴线垂直面的夹角不超过5°。
7.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述铝导芯的压缩率为35％-97％之间。
8.根据权利要求1所述的电能传输铝件，其特征在于，所述绝缘层与铝制导电装置的压接处设置有密封圈或密封胶。
9.一种如权利要求1所述的电能传输铝件的加工工艺，其特征在于，
预装步骤：将剥除绝缘层的铝导芯和部分带有绝缘层的铝导芯套入铝制导电装置内，使用压缩装置将所述剥除绝缘层的铝导芯和部分带有绝缘层的铝导芯一起压紧在所述铝制导电装置内，获得电能传输铝件半成品。
凹状结构制作步骤：将所述电能传输铝件半成品安装在焊接设备的夹具中，并由所述夹具上的凸状模具在铝制导电装置表面挤压出凹状结构。
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